p型ZnS結晶の育成と紫外超格子LED,LDの実用化

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555415
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 田口 常正 山口大学, 工学部, 教授 (90101279)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂井田 敏昭 昭和電工, 秩父研究所, 研究長 ; 山田 陽一 山口大学, 工学部, 助手 (00251033)
• Keywords: 紫外レーザダイオード / 紫外発光ダイオード / 硫化亜鉛 / p型伝導制御 / 量子井戸 / 超格子 / 局在励起子 / 励起子分子

Research Abstract

減圧有機金属気相法(MOCVD)により、ZnSエピタキシャル薄膜の成長を行い、電気的光学的評価から、これまでにない高品質薄膜が得られたと結論できる。その原因として、有機金属原料に用いたDMZnの純度が向上したこと、成長最適条件が見出されたことが挙げられる。重要な研究業績は以下に示す通りである。
(1)塩素等ドナー性不純物の汚染の少ない高純度DMZnと水分含有量が極力抑制されたH_2Sガスを用い、MOCVD法により成長した無添加ZnSエピタキシャル薄膜は、立方晶型を示し、電気的に10^7Ω・cm以上の高抵抗を呈した。低温におけるフォトルミネッセンス測定において、3.7990eVに強い自由励起子発光線が観測され、ドナー束縛励起子発光が抑えられた光学的に高品質な薄膜であることが明らかにされた。特に、室温においても自由励起子発光が観測され、紫外LED,LDの実現に適する品質の薄膜が世界初めて得られた。
(2)両極性伝導型制御を行うために、n型不純物としてCH_3Iガスを用い、ヨウ素ドナー不純物を添加し、ドナー濃度約10^<19>cm^<-3>を得た。この結果は、以前、HIガスを用いてヨウ素を添加した場合と同じ値であり、かなり高濃度にド-ピングができ、かつ制御性も良いことが明らかにされた。p型不純物ド-ピングに関しては、モノメチルアミン等のアミン系原料を用い、効率良くN-Hを分解するため、成長前段階において熱クラッキングをすることで、10^<17>cm^<-3>の窒素アクセプター不純物を添加出来ることがわかった。
(3)CdZnS-ZnS多重量子井戸LED,LD構造を作製し、光励起ではあるが室温において375nmに紫外誘導放出光を観測し、この構造が紫外発光素子として有望であることを明らかにした。低励起密度で発振が見出されることから、電気的注入においても充分レーザ発振する可能性を理論的に明らかにした。

Research Products

• [Publications] 山田陽一: "Biexciton luminescence from cubic ZnS epitaxial layers" Applied Physics Letters. 69(1). 88-90 (1996)
• [Publications] 山田陽一: "Biexciton formation in ZnS epitaxial layers and ZnS-based quantum wells" Proceedings of the 23rd International Conference on the Physics of Semiconductors. 3. 2095-2098 (1996)
• [Publications] 山元隆穂: "Optical characterization of high-quality ZnS epitaxial films grown by low-pressure metalorganic chemical vapor deposition" Technology Reports of the Yamaguchi University. 5(5). 327-333 (1996)
• [Publications] 中村成志: "高品質ZnSエピタキシャル薄膜における励起子発光の温度依存性" 山口大学工学部研究報告. 47(2). 369-374 (1997)
• [Publications] 山田陽一: "Ultraviolet stimulated emission due to biexciton decay process in ZnS-based quantum wells" Applied Physics Letters. 70(11)(in press). (1997)
• [Publications] 中村成志: "Temperature dependence of free-exciton luminescence from high-quality ZnS epitaxial layers" Japanese Journal of Applied Pyhsics. 36(in press). (1997)